Нова парадигма у лікуванні ішемії - внесок дрозофіли в медицину

лікуванні

  • На початок сторінки
  • резюме
  • Транспозиція .
  • Додаток до .
  • Висновок
  • Посилання, що цікавлять
  • Список літератури
  • Список малюнків

Нова парадигма в лікуванні ішемії

Внесок дрозофіли

Нова парадигма в лікуванні ішемії. Навчання у дрозофіли

UMR 6097 Університет Лазурного берега, медичний факультет LP2M, проспект Валомброза 28, 06107 Ніцца Седекс Франція

Ішемія є однією з головних проблем лікарів, які постійно стикаються з нею, як з хірургічної, так і з патологічної точки зору. Наслідки ішемічного стресу драматичні і можуть призвести до органічних, рухових або когнітивних порушень. В даний час не встановлено молекулярних цілей, націлювання яких могло б бути корисним у цій галузі. Літати Drosophila melanogaster, використовуваний як модель тварини, привів до значного прориву, дозволивши ідентифікувати абсолютно нову фармакологічну мішень, інгібування якої значно підвищує толерантність до гіпоксії. Застосований до доклінічної моделі трансплантації нирок, цей новий підхід чітко покращує функціональне відновлення трансплантата в довгостроковій перспективі. У цьому огляді простежуються етапи, що дозволили перенести ціль, визначену у дрозофіли, вищим ссавцям, що, окрім базових досліджень, чітко показує внесок, який модельний організм може внести в клініку.

Ішемія є однією з головних проблем лікарів, які постійно стикаються з нею, як в хірургічному, так і в патологічному аспектах. Наслідки ішемічного стресу драматичні і можуть призвести до органічних, рухових або когнітивних порушень. В даний час не встановлено конкретної молекулярної мішені, орієнтування якої могло б бути корисним у цій галузі. Чай drosophila melanogaster муха, яка використовується як модель тварини, дозволила виділити значний прогрес, дозволивши ідентифікувати абсолютно нову фармакологічну мішень, інгібування якої значно підвищує толерантність до гіпоксії. Застосований до доклінічної моделі трансплантації нирки, цей новий підхід значно покращує функціональне відновлення трансплантата в довгостроковій перспективі. Цей міні-синтез відтворює етапи, що дозволили передати вищим ссавцям концепцію, виділену у дрозофіли, яка, крім фундаментальних досліджень, чітко демонструє внесок, який модельний організм може зробити для клініки.


Стаття, опублікована на умовах, визначених ліцензією Creative Commons Attribution CC-BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0), яка дозволяє без обмежень використання, розповсюдження та відтворення на будь-якому носії, який за умови правильного цитування з оригінальної публікації.

Дефіцит кисню шкідливий для людського організму, і клінічні дослідження стикаються з грізною проблемою в умовах фізіологічних розладів, пов'язаних з ішемією. У всіх випадках саме переривання кровопостачання тканин-мішеней викликає незворотні процеси клітинної загибелі, що може призвести до різкого погіршення когнітивної або рухової автономії пацієнтів. Це припинення постачання тканин може бути запрограмоване, як у випадку трансплантації органів та хірургії аорти, або патофізіологічним, як при виникненні цереброваскулярної катастрофи (інсульту) або інфаркту коронарного суглоба. Незважаючи на велику кількість клінічних випробувань, виявляється, що досі жодне фармакологічне лікування не виявилося справді ефективним. Якщо взяти випадок інсульту, який є однією з основних причин смерті, єдиним застосовуваним способом лікування залишається тромболізис з дуже вузькими часовими вікнами, пов’язаними зі значним ризиком кровотечі.

Щоб обійти цей глухий кут, повернення до модельних організацій може, завдяки їх відносній простоті використання та меншій складності, дати інноваційні відповіді. Цей редукціоністський підхід у минулому дозволяв розробляти нові біологічні концепції. Якщо ми повернемося у минуле і якщо візьмемо приклад мозку, морського черевоногих молюсків Aplysia californica, проте далекий від фізіології ссавців, прийнятий Ладіславом Тауком за зразок тварини [3], має поважну історію як модель функціонування нервової системи, а особливо синаптичної передачі [4], з особливим значенням у навчанні та пам'яті навчання. Більше того, у 2000 році Ерік Річард Кандель, нейрофізіолог, поділився з Арвідом Карлссоном, Полом Грінгардом та Еріком Канделом 1 Нобелівською премією з фізіології та медицини за його роботу над молекулярними основами короткочасної пам'яті та пам'яті. загнаний на аплизію.

Що стосується ішемії, повернення до модельного організму нещодавно продемонструвало багатообіцяючий прогрес: було розумно припустити, що оскільки кисень необхідний всім аеробним організмам на землі, від найпростіших до складніших, захисні механізми від його виснаження всередині клітин були створені дуже рано і збереглися під час еволюції. У 2006 р. Віньє та Фрелін [5] розробили новий фізіологічний підхід до гіпоксії у дрозофіли, комахи, яка поділяє багато біологічних процесів з хребетними. Його відносна простота і короткий біологічний цикл, пов’язані з великою простотою розведення, позбавленою будь-якого ризику агресивності або передачі хвороб, зробили його важливим інструментом для наукової спільноти у галузі розвитку, старіння, пам’яті та навчання, циркадних ритмів або рак.

Відомо, що обмеження дієти збільшує тривалість життя дрозофіли [6, 7]. Крім того, чи існує взаємозв'язок між дієтою та стійкістю до гіпоксії у дрозофіли? Це питання задавали собі Віньє і Фрелін. В атмосфері, виснаженій киснем (5% O2), дрозофіла, яка харчується збалансованою дієтою з білків (10% дріжджів або 10% казеїну) та вуглеводів (10% сахарози), має середню тривалість життя 6 днів (Фігура 1). Ці ж мухи, які харчуються лише розчином сахарози, бачать, що їх середня тривалість життя збільшується до понад 16 днів. Отже, очевидно, що білки токсичні для дрозофіли, що зберігається при хронічній гіпоксії, і що це пов’язано не з споживанням калорій, а з білковою природою їх раціону [7].

Індекс виживання гіпоксичних мух у залежності від дієти. Мух годували дієтою на 10% із сахарозою, доповненою амінокислотами (10 мМ), репрезентативними для їх класу, і визначали криві виживання в хронічних гіпоксичних умовах (5% O2). Гістограма представляє середню тривалість життя. Чорні смуги показують контрольні ситуації, які відповідають збалансованій дієті з білками та цукром, дієті з чистою сахарозою та умовам голодування. Кольорові коди використовувались для позначення основних амінокислот (синій), гідрофобних амінокислот (зелений), кислих амінокислот (червоний) та нейтральних гідрофільних амінокислот (жовтий).

Схематичне зображення нової фармакологічної концепції захисту від ішемії та ефектів інгібіторів DFMO та GC7. AT. Цикл сечовини генерує поліаміни з орнітину через орнітиндекарбоксилазу (5), яка інгібується DFMO (α-дифторметилорнітинін). Поліаміновий шлях проходить через спермідин, який є джерелом синтезу фактора ініціації трансляції 5А (eIF5A). Активація eIF5A вимагає послідовної дії DHS (10) та DOHH (11). Дія GC7, конкурентного інгібітора DHS і, отже, активації eIF5A, викликає гіпоксичну та ішемічну толерантність. B. Вплив проміжних продуктів циклу сечовини та поліамінів, доданих до дієти, що містить лише цукор, на індекс виживання дрозофіли, що підтримується при хронічній гіпоксії (5% O2). VS. Вплив DFMO на середню виживаність дрозофіли, що підтримується при гіпоксії, і солодка дієта якої містить згадані елементи. D. Вплив GC7 на середню виживаність дрозофіли, що підтримується в умовах гіпоксії, і солодка дієта якої містить згадані елементи.

У біосинтетичному шляху поліаміну орнітиндекарбоксилаза є ключовим ферментом. Він знаходиться дуже вище за течією шляху біосинтезу поліамінів, а α-дифторметилорнітин (DFMO) є селективним інгібітором. (Малюнок 2А). Додавання DFMO до білкової дієти захищає дрозофілу від згубних наслідків гіпоксії. І навпаки, додавання путресцину або спермідину у присутності DFMO скасовує його захисний ефект (Малюнок 2C). Отже, роз'єднання циклу сечовини з синтезом поліамінів тут пов'язане з гіпоксичною толерантністю.

Одна гілка шляху поліаміну постачає спермідин для гіпусинації (посттрансляційна модифікація 2) фактора ініціації трансляції 5A (eIF5A) (Малюнок 1А). eIF5A - єдиний білок, який, як відомо, містить амінокислоту гіпузин, що вбудовується в нього за допомогою 2 послідовних ферментативних реакцій: дезоксигіпузинсинтази, яка переносить 4-амінобутиловий залишок спермідину в аміногрупу лізину, специфічну для неактивної форми eIF5A, і дезоксигіпузину гідроксилаза, яка гідроксилює дезоксигіпузинову форму eIF5A, отримуючи її активну гіпузинову форму [10]. Цей ферментативний ланцюг може бути спеціально блокований на першому етапі похідним гуанілу 1,7 діаміногептану: GC7 (Фігура 1) [11]. Однак GC7, доданий до білкової дієти, або солодка дієта, додана до спермідину або сперміну, збільшує середню тривалість життя мух, які підтримуються в гіпоксії (Малюнок 2D) [9].

Тому специфічна блокада активації eIF5A індукує значну гіпоксичну толерантність до дрозофіли. Ця нова концепція проливає нове світло на потенційні молекулярні шляхи, задіяні в управлінні киснем еукаріотів.

Транспозиція у ссавців

Ця стратегія, яка може здатися редукціоністською, набуває зовсім нового виміру, якщо вона може мати наслідки для ссавців та, у прекрасному, в людській клініці. Органами, найбільш чутливими до ішемічного стресу, є мозок, серце та нирки через їх погану або відсутність здатності до регенерації. Хоча перші два складні для аналізу з функціональної точки зору, ниркові параметри легше визначити кількісно. Тому ми застосували концепцію захисту, продемонстровану у дрозофіли, на моделі односторонньої ішемії нирок у гризунів [12] у протоколі попереднього кондиціонування.

(→) Див. Синтез Е. Готі та Ж. Пуйссегура, РС n ° 1, січень 2002 р., сторінка 70

Протокол підтвердження ішемічного захисту на моделі ниркової ішемії. AT. Щурів попередньо обробляють GC7 (3 мг/кг) за 24 години та 1 годину до хірургічного затискання лівої ниркової артерії протягом 40 хв. Через 24 години після реперфузії методом кліренсу оцінюють функцію нирок тварин. B. Вплив GC7 на маркер пошкодження канальців NGAL у довільній одиниці, знижений до креатиніну. VS. Вплив GC7 на фракційну екскрецію натрію.

Застосування до доклінічної моделі

Трансплантація органів є одним з найкращих випадків застосування концепції, продемонстрованої з дрозофілою та застосованої до клітин ссавців, оскільки в цьому випадку ішемія передбачувана і планується операція. У разі нирок перитонеальний діаліз або гемодіаліз можуть компенсувати дисфункцію нирок, але якість життя пацієнта залишається сильно порушеною, і понесені витрати значні для суспільства, оскільки це періодичне лікування. Тому трансплантація нирки бурно розвивається, але такий ентузіазм залишається залежним від фармакологічних протоколів, здатних поліпшити стійкість трансплантатів до ішемії та їх відновлення.

Валідація концепції в доклінічній моделі трансплантації нирки у свиней. AT. Схематичне зображення протоколу трансплантації нирки у свиней. B. Ультраструктура щіткової межі проксимального канальця через 30 хв після реперфузії, щіткова облямівка зберігається у тварин, які отримували GC7 (шкала шкали = 0,5 мкм). VS. Вплив GC7 на рівень окисного стресу через 30 хв після реперфузії та вимірюється маркуванням CellROX® (довільна одиниця). D. Вплив GC7 на рівень фіброзу трансплантата через 3 місяці після трансплантації та виміряний на зрізах, пофарбованих червоним сіріусом (абітурна одиниця). Е.x Вплив GC7 на еволюцію креатиніну в плазмі крові протягом 3 місяців у трансплантованих тварин (одиниця = мкмоль/л). Ці результати є засобами, отриманими від 6 тварин у кожній групі

Висновок

Понад століття, Drosophila melanogaster є одним із найбільш широко використовуваних модельних організмів для генетичних досліджень. Вчені намагалися зрозуміти його біологію та пов’язати її з біологічними процесами людини. Незважаючи на це, дуже мало досліджень вдалося перенести у фізіологію вищих ссавців, як це було зроблено в дослідженнях, які ми описуємо. Новий підхід, виділений в ішемічній толерантності, показує, що ми маємо більше спільного з цією крихітною мухою, ніж ви можете подумати. Це відкриття має великий потенціал, який може бути використаний для розробки нових підходів для клініцистів для всіх патологій, при яких пов'язана тимчасова нестача кисню і є джерелом драматичних наслідків. В даний час цей підхід апробований на моделі інсульту у мишей. Це показує, що GC7 здатний значно покращити моторне та когнітивне відновлення у тварин [16].

Посилання, що цікавлять

Автор заявляє, що не має ніякого інтересу стосовно даних, опублікованих у цій статті.

За свої відкриття щодо передачі сигналу в нервовій системі.